книги / Современная научно-техническая революция. Историческое исследование

Особо следует отметить, что электроэнергетика, которой свойственны непрерывные процессы и высокая степень стабильности выпускаемой продукции, является областью, где автоматизация н телемеханизация управления и конт­ роля дают чрезвычайно высокий технико-экономический эффект. Для управления процессами, протекающими в энергосистемах, необходимы соответствующие технические средства, основанные на современных достижениях мате­ матики, электроники, кибернетики. Резкое увеличение мощности агрегатов электростанций, усложнение оборудо­ вания, рост энергосистем потребовали применения новей­ ших электронных операторов, позволяющих вести процесс производства и распределения электроэнергии на самом выгодном режиме. Сейчас уже разработана система авто­ матического управления турбоагрегатами с использовани­ ем информационно-логической электронной машины. При­ менение электронных управляющих машин — ближайшее будущее теплоэнергетики. В настоящее время формиру­ ется отрасль — кибернетика электрических (энергетиче­ ских) систем; Систематическая оптимизация всех парамет­ ров установок с помощью электронно-вычислительных машин позволит несколько повысить к.п.д. современных электростанций11.

В целом же, несмотря на большие успехи энергетики, потребности в электроэнергии велики. Человечество пока широко использует лишь химическую энергию топлива и энергию рек, т. е. источники, запасы которых составляют всего 5% всех запасов энергии на Земле. Изобилие энер­ гии — одно из решающих условий технического прогресса. Отсюда — задача изыскания новых способов преобразова­ ния энергии, использования новых источников энергии. От­ метим некоторые важнейшие особенности современного развития электроэнергетики и проблемы на ближайшие годы, стоящие перед наукой и техникой в области откры­ тия и исследования различных энергетических ресурсов. Паросиловым циклам, применяемым ныне при выработке электроэнергии, присущи определенные недостатки, по­ скольку имеет место затухание экономичности установок. В связи с этим ведутся работы по дальнейшей разработке научных основ повышения эффективности углеродистого топлива; повышению к. п. д. существующих энергетике'-

11 А. Б е р г. Кибернетика и надежность. М., стр. 3.

181

еких установок,- созданию крупных энергетических блоков (свыше 500 тыс. кет), а также гидроагрегатов (500— 1000 тыс. квт)\ изысканию новых методов комбинирован­ ного использования топлива (для энергетических и хими­ ческих целей); укрупнению энергетических систем и др. Перспективными являются исследования но газовому и па­ ро-газовым циклам, но особенно важны работы в части изменения классической схемы получения электроэнергиц т е переход к прямым методам преобразования теп­ ловой энергии и прежде всего — создание МГД-геиерато- ров .Такие опытные установки созданы в некоторых стра­ нах ,а в СССР в 1967 г. нухцена в эксплуатацию опытнопромышленная установка, подключенная к энергосети Москвы .В области техники высоковольтных передач важ­ ные работы ведутся но разработке мощных дальних линий постоянного тока на напряжение 800—1000 кв, приме­ нению мощных вентилей, автоматических защитных линии" п регулируемых устройств. Достижения, сделанные в по­ следнее время в области поисков новых источников энер­ гии приведут к широкому использованию новых эффек­ тивных принципов преобразования теплово! л, солнечной, хш ческой и ядерной энергий в электрическую а, также прямого применения таких возобновляемых ресурсов, как

энергия Солнца, приливов, ветра, тепла Земли.

Таким образом, широкое применение электричества не только изменило механическую технологию, но стало ос­ новой коренного преобразования многих технологических процессов Электрификация явилась важнейшим условием развития автоматической системы машин и все больше становится всепроникающим элементом технологических процессов Несомненно, что значение электроэнергетики в революционизирующих процессах развития производства будет непрерывно увеличиваться и, по всей вероятности, к 2000 году человечество будет все еще потреблять преиму­ щественно электроэнергию.

Использование атомной энергии в мирных целях

Использование энергетических и других свойств атома, связанное прежде всего с изучением его строения, явля­ ется закономерным научно-техническим процессом, одним из направлений, современной научно технической револю­ ции.

182

Каждая техническая революция всякий раз характе­ ризовалась переходом науки на более высокий уровень, включавший в себя изучение строения вещества, все боль­ шее проникновение в тайны ее сущности и структуры. Поэтому сущность и содержание современной научно-тех­ нической революции оказываются теснейшим образом свя­ занными с необходимостью познания строения атома. Проникая в строение атома, человек открывал его свойст­ ва, свойства элементарных частиц, а также его энергети­ ческие возможности. К открытию атомной энергии чело­ вечество подходило также и с другой стороны, а именно: в поисках более мощных и универсальных источников энергии, производственная потребность в которых уже яс­ но вырисовывалась в будущем.

Атомная техника и ядерная физика решают целый комплекс проблем автоматизированного производства, к которым относятся энергетические, технологические, тран­ спортные и другие проблемы. Именно в результате ис­ пользования атомной техники стало возможным решить многие задачи, связанные с созданием технических средств для замены некоторых логических функций человека, выполняемых им в процессе трудовой деятельности. Однако хотя наука и техника подвели человечество к использова­ нию атомной энергии и других свойств атома в производи стве, первое практическое применение атомная энергия нашла в военном деле.

Созданием атомных, а затем водородных бомб была ре­ шена проблема получения атомной и термоядерной энер­ гии, но возникла техническая задача использовать ее в промышленных целях. Было необходимо осуществить за­ медление быстро выделяющейся тепловой энергии и пере­ вод ее в энергию электрическую. Эта проблема впервые в

щественностью как символ великих возможностей, ко­ торые открывает мирное использование атома. Эта стан­ ция сыграла роль опытной лаборатории для разработки проблем дальнейшего строительства атомных электро­ станций и изучения вопросов ядерной энергетики.

Эксплуатация станции показала перспективность атом­ ных электростанций. Обработка данных работы станции обеспечила проектирование АЭС с повышенными виерге-

183

тическйми параметрами за счет повышения давления и тнмпературы теплоносителя и осуществления перегрева пара непосредственно в реатгоре .Последнее было впервые осуществлено на Белоярской АЭС им. И. В. Курчатова. Особенность этой станции заключается в отсутствии цель­ нометаллического корпуса и канальном построении реак­ тора в, котором замедлителем нейтронов служит графит,

атеплоносителем — вода.

В 1967 г в мире эксплуатировалось АЭС общей мощно­

Атомные электростанции строятся также и в других странах Так ц Англии в 1956—1958 гг. была сооружена АЭС Колдер-Холл с четырьмя графито-газовыми реакто­

ностью 250 тыс кет с натриевым охлаждением. В США в 1957 г начал действовать Валлестонский кипящий энерге­ тический реактор мощностью 10 тыс. кет и др. В 1958 г. била построена первая промышленная АЭС во Франции

всеми другими электростанциями будет иметь место после 2000 года 12 .

В целом можно считать ч,то основная экономическая задача атомной энергетики уже решена, ибо новейшие крупные АЭС с реакторами на тепловых нейтронах конку­ рентоспособны с обычными электростанциями. В даль­ нейшем прдполагается создание АЭС на быстрых нейтро­

транспортабельных атомных электростанций малой и средней мощности ( атомная электростанция нагусенич - ном ходу «ТЭС-3» мощностью 1500 вег и др.), предназна­ ченных для замены дизельных прротурбинных и локомо-

112 I! Г. К у з н е ц о в физика и аколомнкя. М., 1907, стр. .68—69,

181'

билъных энергоустановок в отдаленных районах Страны.

.Особое место в работе ученых занимает проблема непо­ средственного преобразования ядериой энергии в электри­ ческую. Первые практические результаты в этом направ­ лении уже получены в СССР и некоторых других странах.

Одновременно с решением проблемыиспользования атомной энергии для производства электроэнергии велись работы в направлении создания атомных двигателей. Си­ ловые атомные установки в качестве двигателей прежде всего нашли себе применение иа морских судах. Первый такой корабль — атомоход «В. И. Ленин» — был спущен на воду в Ленинграде 7 декабря 1957 г. Суточный расход обогащенного 5%-ного урана-235 составляет на нем всего 45 г. Схема теплоотвода и генерации пара — двухконтур­ ная. Турбины вращают валы генераторов, электроэнергия которых приводит в действие три электромотора, связан­ ных с тремя гребневыми винтами, Общая мощность дви­ гателей 44 000 л. с. Суда с атомными двигателями стали строиться также и в США, ФРГ, Японии и других стра­ нах. Атомные двигатели нашли себе применение на под­ водном флоте в СССР и США. Проблемой пока еще явля­ ется применение атомных двигателей на сухопутном транспорте, самолетах и космических кораблях. Примене­ ние атомных двигателей во много раз увеличивает радиус действия и грузоподъемность транспортного средства, так как освобождает его от необходимости возить большое ко­ личество быстрорасходуемого топлива.

Особое значение имеет атомная техника в процессе автоматизации производства. На основе взаимодействия элементарных частиц и излучений работают разнообраз­ ные приборы, механизмы, а также датчики первичной ин­ формации и элементы счетно-решающих и запоминающих устройств в ЭВМ. Радиоактивные ионизирующие источ­ ники излучений, особенно радиоактивные изотопы, находят широкое применение в промышленности, сельском хозяй-

‘стве, медицине и в других областях. Одним из важнейших достоинств радиоизотопной аппаратуры является ее бесконтактность, что позволяет контролировать и измерять пара­ метры среды без непосредственного контакта с ней.

Уже в 1964 г. в СССР было произведено около 250 ви­ дов радиоактивных изотопов и более 1 тыс. их соединений. Более 3 тыс. заводов, институтов и лечебных заведений использовали радиоактивные изотопы при решении самых

185

различных задач. В производстве используются тысячи разных радиоизотопных приборов; в 1968 г. в различных отраслях пашен промышленности работало более 30 тыс. таких приборов-, созданы оснащенные новейшим оборудо­ ванием центральные базовые изотопные лаборатории13. Радиоизотопными методами осуществляются контроль и автоматическое регулирование уровня засыпки шихтовых материалов в доменные печи; мечеными атомами на НовоТульском: н других металлургических заводах определяют­ ся наилучшие условия спекания доменного агломерата; гамма-релейные приборы используются для автоматиче­ ской выдачи горячего возврата в агломерационных цехах. На основе изотопов тулия, селена, цезия, иридия, кобаль­ та, европия и гамма-установок на передовых машино­ строительных заводах контролируются почти все сварные детали сложной конфигурации, осуществляется непрерыв­ ный контроль за износом машин и механизмов в процессе их работы, автоматизировано управление ковочными гид­ равлическими и парогидравлическими прессами усилием 1 —-15 тыс. т.

В последние десять лет большое распространение по­ лучил автоматический активный контроль размеров дета­ лей методом радиоактивных изотопов. Он применяется на Челябинском металлургическом заводе, на заводе подъ­ емно-транспортного оборудования им. Кирова, на Барна­ ульском котельном, на заводе «Русский дизель», Уралхиммаше и многих других заводах, а также в судострое­ нии, на прокладке магистральных газопроводов и т. д. Контролируются размеры поковок, проката, деталей, об­ рабатываемых на металлорежущих станках и особенно на автоматических линиях (приборы РПТ, ИТУ-495, ИТ1Н-496 п др.). На автоматических линиях изотопы сор­ тируют и бракуют детали, измеряют вес (прибор БИВ) и т. д. Радиоизотопное измерение толщины тонкого холоднолистового проката увеличивает производительность не­ прерывных реверсивных станов до 40%, нереверсивных — до 18% и в 2—4,5 раза сокращает брак. Аналогичные приборы увеличивают производительность бумагодела­ тельных машин до 10%, снижают себестоимость бумаги на 14% и обеспечивают экономию в 1,5—7 раз. Затраты

13«Атомная энергия», 1964, т. 17, вып. 3, стр. 166; «Правда», 16 ок­ тября 1968 г.

186

на внедрение таки» прибором окупаются за 1—4 месяца их эксплуатации .

Радиоактивные излучения используются в промыш­ ленности как средство автоматической блокировки. При­ мером может служить прибор БРП-1, который использу­ ется на рижской фабрике «Дзинтарне» для автоматиче­ ской блокировки автомата, предохраняющей пуасон без заготовки от столкновения с дисковым резцом. Примене­ ние этого прибора не только предотвращает поломки, но и исключает нарушение непрерывной загрузки подающего лотка ,4. В строительном деле радиоизотопные методы и приборы используются для контроля за процессом затвер­ девания цементов, для определения плотности бетона, грунта, качества сборных бетонных и железобетонных конструкций и т. д .15164 Особенно широкое применение име­ ют меченые атомы, радиоизотопные и радиометрические приборы в химическом производстве. На границе ядерной физики и химии появилась новая наука — радиацион­ ная химия. Опыт показал, что использование радиоактив­ ных излучений делает возможным осуществление многих химических процессов при существенно меньших давле - киях и температурах и позволяет повысить скорость про­ текания химических реакций, увеличить выход и улуч­ шить качество продукции.

В сельском хозяйстве атомная техника в сочетании с различными агрономическими мероприятиями повышает урожайность и улучшает качество продуктов. Так, напри­ мер, с помощью ядериых излучений получены новые сорта озимой и яровой пшеницы, кукурузы, ячменя, хлопчат­ ника и повышен их урожай на 30—40% ,б. В парниковых хозяйствах Горьковской, Львовской и некоторых других областей за счет гамма-облучения на 150—200% увели­ чен урожай огурцов, салата, редиса; гамма-облучения по­ зволяют регулировать сроки вызревания овощей в закры­ том грунте, дольше сохранять сельскохозяйственные про­ дукты, уничтожать вредителей и т. д.

Таким образом, использование атомной энергии в мир­ ных целях направлено на осуществление коренных пре-

14 «Радиоактивные излучения как средства автоматизации техноло­ гических процессов. Механизация и автоматизация технологи­ ческих процессов». Сб. 3. М., 1961, стр. 17—18.

15 «Атомная анергия», 1964, т. 17, вып. 3, стр. 231—234.

16 Там же, т. 16, вып. 2, стр. 180.

187

достаточным быстродействием. Из всех современных тех­ нических средств наиболее полно удовлетворяют всем этим требованиям радиоэлектронные устройства, успешно кон­ курирующие с механическими, гидравлическими, пневма­ тическими и электрическими аппаратами. Все это определяется самим характером используемых в радио-; электронике явлений, связанных прежде всего с безынерционностью электронов. Именно радиоэлектроника позво­ лила произвести громадный скачок в развитии автомати­ зации производственных процессов, так как в руках человека оказалась техника, позволяющая регистрировать тончайшие изменения параметров производственных про­ цессов и чрезвычайно быстро выполнять командные функции, реагировать на изменение внешних условий. Это обстоятельство ставит радиоэлектронику на одно из важнейших мест в жизни нашего общества.

Влияние радиоэлектроники на жизнь людей происхо­ дит по нескольким направлениям. Радио и телевидение хорошо известны нам в повседневной жизни. Они сбли­ жают самые далекие точки Земли, позволяют людям, как мечтал В. И. Ленин, беспрепятственно пользоваться «со­ кровищами науки и искусства, веками скопленными в немногих центрах» 18. В этом кроется огромное культур­ ное и идеологическое значение радио. Многочисленные линии радиосвязи' густой -сетью опоясали земной шар и протянулись в бескрайние просторы космоса. Системы связи стали неотъемлемой частью промышленного и сель­ скохозяйственного производства.

В промышленном производстве радиоэлектроника ус­ пешно позволяет заменить многие производственные фун­ кции, человека работой приборов и машин. Она изменяет и улучшает применяемую технологию, а в ряде случаев позволяет сказать новое слово в тех областях, где о про­ грессе старыми методами не могло быть и речи. Контроль и измерение необходимых параметров, управление техно­ логическими процессами, в том числе и дистанционное,— все это сейчас выполняется разнообразными радиоэлект­ ронными приборами. Уже имеются автоматизированные на базе радиоэлектроники цеха и целые заводы-автоматы, в особенности в химическом производстве. Темпы и объ­ ем электронной автоматизации производства за последние

В. И. Л е н и н. Поли. собр. соч., т. 5, стр. 151.

189

10—1.5 лет выросли в несколько раз. По плаву развития народного хозяйства в .1969 с было произведено приборов, средств автоматизации и. вычислительной техники иа 18% больше, чем в 1968 г.

В сфере технологии: применение радиоэлектроники весьма разнообразно. Энергия высокой частоты, выраба­ тываемая радиогенераторамн, применяется для нагрева при затлалкг поверхности деталей со сложным профилем, для плавления и пайки сверхчистых металлов в вакууме, для формовки и сварки пластмасс. Разработаны и уже применяются специальные радиоавтоматы для комплекс­ ной термической обработки деталей. Применяется и энер­ гия ультразвука. Механические колебания ультразвуковой частоты используются ныне в самых различных сферах производства: для нрозвучивания толщи изделий при де­ фектоскопии, для очистки поверхности легко окисляющих­ ся металлов при их пайке и сварке, для обработки метал­ лов уплотнением, для приготовления смесей и эмульсий высокого качества, а также для ускорения некоторых химических процессов. Всюду здесь работает ультразвук, получаемый с помощью приборов радиоэлектроники. Ве­ дутся успешные опыты но применению потоков электро­ нов и элементарных частиц для непосредственной обработ­ ки металлов. Новое паправдепие в обработке материа­ лов — электронная технология — позволяет изменять поверхностные свойства материалов, наносить тончайшие пленки вещества и проводить химические воздействия электронного потока на материал. Электронный луч про­ изводит точнейшую обработку материалов.

Изобретение квантовых генераторов света (лазеров) способствовало возникновению еще одного технологиче­ ского направления радиоэлектроники. С помощью лазе­ ров создаются чрезвычайно узкие пространственные све­ товые лучи большой интенсивности. Уже имеются лазеры мощностью в несколько киловатт при непрерывном излуче­ нии. При падении лазерного луча на поверхности мате­ риала удается сконцентрировать па очень небольшой пло­ щади огромную энергию. Б результате происходит почти мгновенное возрастание температуры, вызывающее испа­ рение. я. выбрасывание вещества в пространство. Лазеры позволяют обрабатывать световым лучом вещества любой твердости, с высокой точностью пробивать отверстия за­ данной формы в таких, материалах, как вольфрам, алмаз,

190